一种降低土壤中镉生物有效性的重金属钝化剂的制作方法

文档序号:9540614阅读:1090来源:国知局
一种降低土壤中镉生物有效性的重金属钝化剂的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种重金属纯化剂,特别设及一种降低±壤中儒生物有效性的重金属 纯化剂。
【背景技术】
[0002] 由于工业化和城镇化的加速发展,我国部分农田±壤存在着不同程度儒(Cd)污 染风险。据报道,我国耕层±壤中Cd的平均输入率为每年0. 004mg/kg,是高风险重金属元 素之一。±壤中有害重金属积累到一定程度,不仅会导致±壤退化、农作物产量和品质下 降,而且可能直接毒害植物或通过食物链途径危害人类健康。
[0003] 目前对±壤重金属污染修复技术的研究已有很多报道,各国研究学者先后探索出 深耕法、排±法、客±法、热解吸法、热处理法、电化学法和化学冲洗法、化学原位纯化法等 各种物理/化学修复方法。鉴于上述方法都有一定的局限性,没能成为理想的修复措施,也 未得到大面积推广应用。如排±法和客±法,因每亩±壤高达15万kg,运输量巨大,成本太 高,且处置不当会引发二次污染,从经济和方法角度来考虑,不可能成为主流修复技术。现 在最常用的物理/化学修复方法是±壤重金属的原位纯化法,并初步形成了粘±矿物、憐 肥类物质、铁儘氧化物、娃素类物质、微量元素肥料、铁儘氧化物等碱性类物质、有机物料和 复合纯化剂等八大类别的±壤重金属纯化剂。该方法是在污染±壤中添加纯化剂,通过改 变重金属在±壤中的有效浓度或者氧化还原状态,从而降低重金属在±壤中的有效浓度, 降低对生物体的毒性。原位纯化修复技术是一种经济高效的面源污染治理技术,由于操作 方便和效果快速,使其在污染±壤治理过程中有着不可代替的作用,符合我国可持续农业 发展的需要,受到±壤、环境学家越来越广泛的关注。例如,近年来利用工业废料和农业废 弃物(如赤泥、油菜賴杆、玉米賴杆等)作为原位纯化剂来降低±壤中Cd的生物有效性,进 而防止其向食物链中转移的研究已有报道。其原理是通过改变重金属在±壤中的存在状 态,使其由活性态转变为稳定态,从而降低其毒害作用。生物炭是生物质在限制氧气条件下 经热解炭化产生的一类高度稳定的固态物质。制备生物炭的原料来源广泛,如农业废弃物、 竹材林木、果壳等。作为一种新型吸附材料,其分子细密多孔,表面积巨大,具有超强的吸附 能力,在环境保护、上壤地质学和大气科学等领域应用广泛。日常生活中常用于水质净化、 空气除臭、调湿保鲜W及居室保健等方面。

【发明内容】

[0004] 本发明的目的在于提供一种降低±壤中儒生物有效性的重金属纯化剂,不仅具有 原位纯化±壤重金属的功能,而且还能改善±壤结构、增加±壤孔隙度,较大幅度地提高± 壤抑值,兼具修复酸化±壤的功能。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0006] 一种降低±壤中儒生物有效性的重金属纯化剂,由W下重量百分比计的组分混合 制成:生物炭70-90%,改性海藻酸钢10-30%。
[0007] 本发明充分发挥生物炭的优良特性,用其来制备重金属纯化剂,按合适比例将其 和普通氮素化肥混合施用于±壤,可W起到抑制化肥氮素挥发、实现氮素缓释的效果,对缓 解农业面源污染具有十分重要的科学意义。
[0008] 本发明采用生物炭与改性海藻酸钢复配,生物炭能纯化吸附重金属,改性海藻酸 钢更能直接与重金属吸附反应,从而能降低±壤中儒的有效态含量,从而减少植物对儒的 吸收量。
[0009] 作为优选,所述生物炭由竹炭、山核桃壳炭及花生壳炭按照3:2:1的重量比混合 而成。
[0010] 发明人经过长期研究发现,W特定种类的生物炭进行组合,尤其是选用山核桃壳 炭运一杭州地方特色的废弃物加工的炭,运=种炭的组合,综合起效,在形成的生物炭的孔 隙、比表面积等方面能更好地纯化、吸附重金属儒。
[0011] 作为优选,所述生物炭经稀碱溶液处理后使用。
[0012] 作为优选,稀碱溶液处理具体为:将生物炭置于浓度为0. 3-0. 7mol/L的氨氧化钢 溶液中,加热至30-40°C,保溫浸泡5-化,取出后用蒸馈水冲洗干净,烘干。本发明通过将生 物炭经过特定的稀碱溶液处理工艺,控制碱的浓度、处理时间和溫度,从而改变生物炭的表 面官能团,提高生物炭纯化、吸附重金属儒的能力。
[0013] 作为优选,所述竹炭的制备方法为:将竹子在无氧环境中,500-700°C下裂解 90-120min而得;所述山核桃壳炭的制备方法为:将山核桃壳在无氧环境中,500-600°C下 裂解90-120min而得;所述花生壳炭的制备方法为:将花生壳在无氧环境中,350-500°C下 裂解90-120min而得。本发明不同的生物炭采用不同的特定溫度裂解生产,形成的生物炭 能更好地纯化、吸附重金属儒。
[0014] 作为优选,所述改性海藻酸钢的制备方法步骤如下:
[0015] (1)将海藻酸钢溶于水中制成质量浓度5-10%的海藻酸钢溶液;
[0016](2)向海藻酸钢溶液中加入双氧水,加热至45-50°C,超声条件下保溫反应3-化;
[0017] 做向步骤似处理后的海藻酸钢溶液中加入活性炭,活性炭用量为步骤似处理 后的海藻酸钢溶液重量的3-5%,揽拌1-化,过滤除活性炭,滤液加入6-8倍体积的质量浓 度95%乙醇,醇沉8-lOh,抽滤后得醇沉物;活性炭处理能脱除部分杂质。
[0018] (4)将醇沉物溶于水制成质量浓度10-15%的醇沉物溶液,并调节抑至6. 0-6. 5, 将醇沉物溶液与质量浓度30-50%的氯化锋溶液混合均匀,加热至55-65°C,揽拌条件下保 溫反应15-1化,离屯、,上清液经真空浓缩、冷冻干燥后得改性海藻酸钢。醇沉物(寡糖)与 金属盐(氯化锋)馨合反应,获得寡糖-金属配合物即改性海藻酸钢,脱除重金属儒效果 好。
[0019] 本发明将海藻酸钢在双氧水、特定溫度下(45-50°C)降解,同时辅W超声处理,有 助于大分子海藻酸钢的断裂降解,辅助海藻酸钢降解为寡糖,为下一步降解反应做好准备, 制备出的寡糖聚合度更好些,利于后面制备的寡糖-金属配合物,脱除重金属儒效果更好。 阳020] 作为优选,步骤(2)中双氧水用量为海藻酸钢溶液总体积的8-10%,双氧水质量 浓度为10-20%。
[0021] 作为优选,步骤(4)中醇沉物溶液与氯化锋溶液的体积比=1:0. 5-1。
[0022] 本发明的有益效果是:
[0023] 1、不仅具有原位纯化±壤重金属的功能,而且还能改善±壤结构、增加±壤孔隙 度,较大幅度地提高±壤抑值,兼具修复酸化±壤的功能,适用于各种成±母质发育的水 稻±,是一种多功能广谱型环保产品。
[0024] 2、本发明原料来源广泛,制备方法简单易行,应用方便,易于推广,具有显著的环 境效益及经济效益。
【具体实施方式】
[00巧]下面通过具体实施例,对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
[00%] 本发明中,若非特指,所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。 下述实施例中的方法,如无特别说明,均为本领域的常规方法。 阳〇27] 实施例1 :
[0028] 一种降低±壤中儒生物有效性的重金属纯化剂,由W下重量百分比计的组分混合 制成:生物炭70%,改性海藻酸钢30%。
[0029] 生物炭经稀碱溶液处理后使用,稀碱溶液处理具体为:将生物炭置于浓度为 0. 3mol/L的氨氧化钢溶液中,加热至30°C,保溫浸泡她,取出后用蒸馈水冲洗干净,烘干。
[0030] 生物炭由竹炭、山核桃壳炭及花生壳炭按照3:2:1的重量比混合而成。所述竹炭 的制备方法为:将竹子在无氧环境中,500°C下裂解120min而得;所述山核桃壳炭的制备方 法为:将山核桃壳在无氧环境中,500°C下裂解120min而得;所述花生壳炭的制备方法为: 将花生壳在无氧环境中,350°C下裂解120min而得。
[0031] 所述改性海藻酸钢的制备方法步骤如下:
[0032] (1)将海藻酸钢(市售)溶于水中制成质量浓度5%的海藻酸钢溶液。
[0033] (2)向海藻酸钢溶液中加入质量浓度为10%的双氧水,双氧水用量为海藻酸钢溶 液总体积的10%,加热至45°c,超声条件下(超声功率150W)保溫反应化。
[0034] 做向步骤似处理后的海藻酸钢溶液中加入活性炭,活性炭用量为步骤似处理 后的海藻酸钢溶液重量的3%,揽拌比,过滤除活性炭,滤液加入6倍体积的质量
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